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水杨酸修饰的聚合氮化碳通过电荷转移实现磺胺二甲嘧啶和四环素的高效可见光驱动降解

DOI:10.1016/j.cej.2019.03.279 期刊:Chemical Engineering Journal 出版年份:2019 更新时间:2025-11-14 14:48:53
摘要: 光催化作为去除废水中有机污染物的有前景技术已被广泛研究。本研究为此设计了一种改性氮化碳材料,通过简便的尿素与水杨酸(SA)共聚法合成了扭曲结构氮化碳。水杨酸的引入使材料结构从平面构型转变为扭曲卷曲构型。与原始氮化碳相比,CN-SA展现出更宽的光吸收范围,这归因于七嗪单元中具有孤对电子的氮原子发生n→π*跃迁。CN-SA光电极表现出更高的光电流和更低的电荷电阻,表明其光生载流子分离效率更高。结果显示,最优CN-SA对四环素(TC)的降解效率较原始氮化碳提升2倍。此外,CN-SA光催化剂对磺胺二甲嘧啶(SMZ)的降解速率达0.0823 min?1,是原始氮化碳(0.0293 min?1)的三倍。经过四次循环后,CN-SA仍保持良好稳定性且无结构变化或光催化性能损失。自由基捕获实验和电子自旋共振分析表明,?O2?和h+是降解有机污染物的主要活性物种。该策略为设计具有可调带隙结构的有机半导体材料提供了新途径,适用于多种应用场景。
作者: Chengyun Zhou,Danlian Huang,Piao Xu,Guangming Zeng,Tianzhe Shi,Cui Lai,Chen Zhang,Min Cheng,Yue Lu,Abing Duan,Weiping Xiong,Man Zhou,Jinhui Huang
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研究概述 实验方案 设备清单

开发一种改性的氮化碳光催化剂,通过电荷转移实现磺胺二甲嘧啶和四环素在可见光驱动下的高效降解。

水杨酸修饰的氮化碳(CN-SA)因光吸收增强和载流子分离效率提高,对四环素和磺胺二甲嘧啶展现出更强的可见光光催化降解活性。最优化的CN-SA-0.05对TC和SMZ的降解速率较原始氮化碳分别提升2倍和3倍,且经过四个循环仍保持良好稳定性。主要活性物种为?O2?和h+。该研究为设计具有可调带隙结构的有机光催化剂用于环境修复提供了新策略。

该研究主要关注受控水溶液中的模型污染物(四环素和磺胺甲噁唑),可能无法完全代表复杂的实际废水基质。合成方法的可扩展性及实际应用中的长期稳定性有待进一步研究。虽然实验支持了机理阐释,但更深入的理论模拟将有助于完善解释。

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